Simulasi Proses Pengisian Bak Pengumpul PDAM dari Raw Water Intake dengan Kontrol PID Tetti Novalina Manik1), Nurma Sari1) dan Nurul Aina2)
Abstrak: Sistem pengolahan air bersih terdiri dari beberapa unit yakni Raw Water Intake, bak pengumpul, Pulsator, Filter, Storage Well, Reservoir dan Clear Well. Pada dasarnya proses pengolahan air bersih pada tiap unit sudah dilakukan secara otomatis namun untuk pengoperasian pompa masih dilakukan secara manual, khususnya pada pengisian bak pengumpul dari raw water intake. Penelitian ini memodelkan penggunaan kontrol otomatis untuk mengatur proses pengisian bak pengumpul dari raw water intake. Kontrol otomatis yang digunakan yaitu pengontrol PID. Pengontrol PID berguna untuk mendapatkan kestabilan sistem pengisian bak pengumpul PDAM dan Simulasi pengontrolan PID ini dilakukan dengan menggunakan sofware Labview 7.1. Simulasi ini merupakan top level VI yang terdiri dari 3 buah subVI yakni subVI bak pengumpul berfungsi untuk menghasilkan level air aktual dan menghitung debit air yang keluar dari bak pengumpul, subVI pengontrol PID berfungsi untuk menghasilkan sinyal kontrol dan subVI kontrol valve berfungsi untuk menghasilkan persentase bukaan valve. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa proses pengisian bak pengumpul PDAM dari raw water intake dapat diperoleh cukup dengan memasang pengontrol integral (I) saja, karena dengan nilai konstanta I (Ki) = 3,985 sudah dapat menghasilkan sistem pengisian bak pengumpul PDAM yang baik pada waktu 2656 detik. Kata Kunci: PID, bak pengumpul, raw water intake, kontrol valve
PENDAHULUAN
pengoperasian pompa masih dilakukan
Secara pengolahan
umum air
bersih
sistem terdiri
secara
dari
manual,
khususnya
pada
pengisisan bak pengumpul dari raw
beberapa unit yakni Raw Water Intake
water
(Bangunan penyadapan air baku), bak
kontrol otomatis untuk mempermudah
pengumpul, Pulsator, Filter, Storage
pekerjaan manusia.
Well, Reservoir dan Clear Well. Setiap
intake,
banyak
mengalirkan air dari satu unit ke unit
industry
yang
(Proportional
digunakan
diperlukan
Salah satu kontrol otomatis yang
unit terhubung dengan pipa dan untuk
lain
sehingga
pompa,
digunakan adalah
dalam
dalam
pengontrol
Integral
PID
Derivative).
sedangkan untuk mengendalikan aliran
Pengontrol ini terdiri
air
pengontrol yang saling dikombinasikan,
dalam
sistem
digunakan
kran
(Wijaya, 2008). Proses pengolahan air
yaitu
bersih pada tiap unit sudah dilakukan
pengontrol I (Integral) dan pengontrol D
secara
(Derivative).
otomatis 1)
namun
untuk
2)
pengontrol
P
dari 3 jenis
(Proportional),
Staf Pengajar dan Mahasiswa Program Studi Fisika FMIPA, Universitas Lambung Mangkurat, Banjarbaru
37
38
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 8 No.1, Pebruari 2011 (37 – 48)
Penelitian
memodelkan
diambil dari raw water intake terdiri dari
proses pengisian bak pengumpul dari
tiga unit yaitu screen (penyaring),
raw
pompa
water
ini
intake
secara
otomatis
intake dan bangunan sipil
menggunakan pengontrol PID yang
intake. Screen (penyaring) merupakan
dilakukan
dengan
bangunan pengolah pertama. Disini air
menggunakan software LabView 7.1.
yang akan ditangkap disaring terlebih
dan sistem dinyatakan dalam rumusan
dahulu agar material atau kandungan
matematik.
pengontrol
di dalam air yang karena jumlahnya
PID dimaksudkan untuk mendapatkan
atau ukurannya dapat mengakibatkan
sistem
pengumpul
gangguan pada proses pengolahan
Pengontrol
dapat terpisah dengan air yang akan
Proportional berfungsi mengeluarkan
diproduksi. Pompa intake, merupakan
sinyal kontrol yang besarnya sebanding
alat
terhadap besarnya error (selisih antara
mengirimkan air baku ke bangunan
besaran yang diinginkan dengan harga
pengumpul. Pompa yang digunakan
aktualnya).
Proportional
ada 5 buah yang mana tiap pompa
akan memberikan efek mengurangi
memiliki kapasitas dan disain masing-
waktu naik, tetapi tidak menghapus
masing.
kesalahan keadaan tunak. Pengontrol
merupakan tempat penunjang seluruh
Integral berfungsi untuk menghilangkan
kegiatan
kesalahan keadaan tunak. Sedangkan
baku.
PDAM
secara
simulasi
Perancangan
pengisian yang
bak baik.
Pengontrol
pengontrol Derivative umumnya dipakai
untuk
menangkap
Bangunan
operasional
Bak
sipil
dan
intake,
penyadap
air
adalah
bak
pengumpul
untuk mempercepat respon awal suatu
pengumpul/penampung sementara air
sistem,
baku dari Raw Water Intake sebelum
tetapi
tidak
memperkecil
kesalahan pada keadaan tunaknya.
dipompakan ke Instalasi Pengolahan
Raw Water Intake dan Bak Pengumpul
Air (IPA). Pada unit ini dilakukan
Raw Water Intake merupakan unit penangkap air baku yang berasal dari sumber air permukaan seperti sungai, mata air, cekungan air tanah dan/atau air hujan yang memenuhi baku mutu tertentu sebagai air baku untuk air minum. Unit air baku yang
proses
pembubuhan
proses
pengadukan
koagulan dan cepat
(flash
mixing) secara bersamaan. Koagulan adalah bahan kimia Aluminium Sulfat atau yang biasa disebut sebagai tawas yang
digunakan
membantu
pada
proses
partikel-partikel
kecil
air
untuk
penggumpalan yang
dapat
Manik, T. N., Sari, N. dan Aina, N., Simulasi Proses Pengisian Bak ..............
mengendap dengan sendirinya secara
sempurna
gravimetris. Unit ini berfungsi untuk
pengadukan
membubuhkan zat koagulan secara
penerjunan air (dengan bantuan udara
teratur
bertekanan). Dari proses pengadukan
sesuai
dengan
kebutuhan
dan
cepat
39
cepat
yakni
cepat
gravitasi, yakni zat koagulan mengalir
penggumpalan floc (partikel yang besar
dengan sendirinya karena gravitasi.
dan bisa mengendap dengan gravitasi)
Sedangkan
agar nantinya dialirkan ke 3 unit
meratakan
zat
koagulan yang ditambahkan agar dapat
diharapkan
dengan
dengan dosis yang tepat dengan cara
untuk
ini
dilakukan
terjadinya
pulsator (Wijaya, 2008)
bercampur dengan air secara baik,
Gambar 1. Disain Raw Water Intake ke Bak Pengumpul
METODOLOGI PENELITIAN
menerima masukan berupa tegangan
Simulasi proses pengisian bak pengumpul intake
PDAM dari raw
dirancang
water
antara 1-5 Volt dengan karakteristik Normally
Close.
Pengontrol
PID
menggunakan
digunakan
untuk
program Labview. Debit aliran air dari
kestabilan
sistem
raw water intake ke bak pengumpul
pengisian bak pengumpul PDAM dari
PDAM
raw
dikontrol
alirannya
dengan
water
mendapatkan
bukaannya
pengontrol
sampai
100
%.
diatur
antara
Control
0
Valve
pengisian
pada
intake
memakai Control Valve (kran) diman dapat
mendapatkan
bak
dan
kombinasi
PID
yang
proses
untuk
konstanta baik
pengumpul
pada PDAM,
40
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 8 No.1, Pebruari 2011 (37 – 48)
dilakukan dengan cara try and error
sebanyak 3 buah dan masing-masing
sampai
respons
alas pipa output berbentuk lingkaran
yang
dengan diameter 0.4 m, percepatan
mendapatkan
pengontrol
sesuai
dengan
gravitasi 9.8 m/s2. Debit aliran air yang
diinginkan. Selain
menentukan
konstanta
masuk ke bak pengumpul dari unit raw
pengontrol PID, parameter lain yang
water intake 0.649 m3/s.
harus dimasukkan/ditentukan adalah
Pembuatan Program
Set Point dan Error. Suatu sistem
Dalam pembuatan simulasi ini
dikatakan berjalan dengan baik apabila
perancang
Error yang dihasilkan sangat kecil atau
beberapa
mendekati 0.
pengumpul, subVI pengontrol PID dan
Beberapa asumsi data sistem yang digunakan dalam simulasi.
subVI control valve. Setelah ketiga
Beberapa asumsi data sistem yang
digunakan
subVI
yaitu
ke subVI
dalam bak
subVI ini selesai, langkah selanjutnya adalah menggabungkan ketiga subVI
simulasi.ini
tersebut di bawah suatu VI yang akan
yaitu Bak pengumpul berbentuk silinder
menjadi top level VI. Adapun diagram
dengan
alir untuk tiap subVI dan top level VI
alas
dalam
membaginya
berbentuk
lingkaran
dengandiameter alas 37.5 m dan tinggi bak pengumpul 10 m.
adalah:
Pipa output
Gambar 2. Diagram alir sub VI bak pengumpul
Manik, T. N., Sari, N. dan Aina, N., Simulasi Proses Pengisian Bak ..............
Gambar 3. Diagram alir sub VI pengontrol PID
Gambar 4. Diagram alir persentase bukaan valve
41
42
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 8 No.1, Pebruari 2011 (37 – 48)
Gambar 5. Diagram alir top level VI
Gambar 6 dan 7 merupakan dua
mensimulasikan
panel
bagian yang harus dikerjakan dalam
Sedangkan
program Labview yaitu front panel dan
source code yang dibuat dan berfungsi
diagram blok.
sebagai instruksi untuk front panel.
bagian
yang
Front
panel
adalah
digunakan
untuk
diagram
instrumen. blok
adalah
Gambar 6. Front Panel Kontrol PID pada Proses Pengisisan Bak Pengumpul dari Raw Water Intake
Manik, T. N., Sari, N. dan Aina, N., Simulasi Proses Pengisian Bak ..............
Gambar 6. Diagram Blok Kontrol PID pada Proses Pengisisan Bak Pengumpul PDAM dari Raw Water Intake
Gambar 7. Front panel bak pengumpul
43
44
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 8 No.1, Pebruari 2011 (37 – 48)
Gambar 7, 8 dan 9 menunjukkan gambar
front
panel
dari
bak
untuk menghasilkan level air aktual yaitu
level
air
sebelumnya,
debit
pengumpul, pengontrol PID dan control
masukan, persentasi bukaan valve,
valve.
dapat
diameter alas bak pengumpul, diameter
disimulasikan nilai-nilai masukan dan
alas pipa keluaran dan percepatan
keluaran yang diinginkan. Gambar 7
gravitasi. subVI ini juga menghitung
merupakan
debit
Dari
front
nilai
panel
masukan
yang
digunakan pada subVI bak pengumpul
air
yang
keluar
pengumpul.
Gambar 8. Front panel pengontrol PID dan control valve.
Gambar 9. Front panel control valve.
dari
bak
Manik, T. N., Sari, N. dan Aina, N., Simulasi Proses Pengisian Bak ..............
HASIL DAN PEMBAHASAN Berdasarkan
waktu yang dibutuhkan sistem untuk pengontrol
mencapai kestabilan sistem adalah
proporsional integral derivatif (PID)
sama seperti pada saat diberikan
didapatkan bahwa untuk pengontrol
konstanta I sebesar 3,985 yakni 2656
proporsional (P), nilai terbaik untuk
detik. Hal ini dikarenakan pengontrol
konstanta P adalah 18,7123 dengan
integral menghasilkan keluaran yang
waktu
nilainya
yang
uji
45
dibutuhkan
untuk
sama
dengan
keluaran
menstabilkan sistem adalah 2744 detik.
sebelumnya ketika errornya berharga
Range pemberian konstanta P yang
nol.
baik berada pada 18,7123 sampai
Pengontrol proporsional integral
18,8. Jika nilai konstanta P yang
(PI) adalah gabungan dari pengontrol
diberikan lebih besar dari 18,8, maka
proporsional dan pengontrol integral.
waktu yang dibutuhkan sistem untuk
Berdasarkan
mencapai kestabilan sistem semakin
didapatkan
besar. Begitu pula jika nilai konstanta P
konstanta P yang diberikan untuk
yang diberikan lebih kecil dari 18,7123,
setiap konstanta I yang sama, maka
maka waktu yang dibutuhkan sistem
waktu
untuk mencapai kestabilan sistem juga
menstabilkan sistem semakin besar.
semakin besar. Apabila nilai konstanta
Adapun kombinasi konstanta PI yang
proporsionalnya
didapat adalah:
proporsional
kecil,
pengontrol
bahwa,
yang
PI
semakin
dibutuhkan
ini kecil
untuk
menghasilkan
1. Untuk konstanta I = 0,5; kombinasi
respon sistem yang lambat, tetapi jika
konstanta P terbaiknya adalah 13.
nilai
sehingga
Bila konstanta P lebih kecil dari 13
mencapai harga yang berlebihan, akan
maka waktu yang dibutuhkan untuk
mengakibatkan sistem bekerja tidak
menstabilkan sistem semakin besar
stabil.
tetapi bila konstanta P lebih besar
tersebut
akan
pengontrol
uji
diperbesar
Untuk pengontrol integral (I),
dari
13
maka
waktu
yang
nilai terbaik untuk konstanta I adalah
dibutuhkan sistem untuk mencapai
3,985. Jika nilai konstanta I yang
kestabilan
diberikan lebih kecil dari 3,985 maka
seperti
waktu yang dibutuhkan sistem untuk
konstanta P sebesar 13 yakni 2656
mencapai kestabilan sistem semakin
detik.
besar. Namun jika nilai konstanta I yang diberikan lebih besar dari 3,985,
sistem pada
adalah saat
sama
diberikan
46
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 8 No.1, Pebruari 2011 (37 – 48)
2. Untuk konstanta I = 1, kombinasi
Dari hal di atas, terlihat bahwa
konstanta P terbaiknya adalah 10.
pengontrol proporsional integral mirip
Bila konstanta P lebih kecil dari 10
dengan pengontrol integral. Namun
maka waktu yang dibutuhkan untuk
ketika diberikan konstanta I = 4, berapa
menstabilkan sistem semakin besar
pun
tetapi bila konstanta P lebih besar
diberikan,
dari 10 maka waktu yang dibutuh-
sistem
kan sistem untuk mencapai kesta-
sistem adalah sama yakni 2656 detik.
bilan sistem adalah sama seperti
Begitu
pada saat diberikan konstanta P
konstanta P = 0, waktu dibutuhkan
sebesar 10 yakni 2656 detik.
untuk mencapai kestabilan sistem juga
3. Untuk konstanta I = 2, kombinasi
kombinasi
konstanta
waktu
untuk
pula
P
yang
dibutuhkan
mencapai
ketika
yang
kestabilan
diberikan
nilai
sama yakni 2656 detik. Pemberian
konstanta P terbaiknya adalah 6.
konstanta
P
=
0
sama
Bila konstanta P lebih kecil dari 6
peniadaan
maka waktu yang dibutuhkan untuk
sehingga
menstabilkan sistem semakin besar
dikatakan cukup dengan pengontrol
tetapi bila konstanta P lebih besar
integral sudah dapat menghasilkan
dari 6 maka waktu yang dibutuhkan
sistem
sistem untuk mencapai kestabilan
PDAM yang baik.
pengontrol dengan
pengisian
dengan
proporsional,
demikian
bak
pengumpul
Untuk pengontrol proporsional
sistem adalah sama seperti pada saat diberikan konstanta P sebesar
derivatif
(PD),
didapatkan
6 yakni 2656 detik.
semakin
besar
konstanta
4. Untuk konstanta I = 3, kombinasi
dapat
bahwa D
yang
diberikan untuk setiap konstanta P
konstanta P terbaiknya adalah 3.
yang
sama,
maka
Bila konstanta P lebih kecil dari 3
dibutuhkan sistem untuk
maka waktu yang dibutuhkan untuk
kestabilan
menstabilkan sistem semakin besar
besar. Untuk sistem yang diberikan
tetapi bila konstanta P lebih besar
pengontrol ini, waktu yang dibutuhkan
dari 3 maka waktu yang dibutuhkan
sistem
sistem untuk mencapai kestabilan
sistem cukup lama, sehingga dapat
sistem adalah sama seperti pada
diambil kesimpulan bahwa pengontrol
saat diberikan konstanta P sebesar
PD kurang baik bila digunakan untuk
3 yakni 2656 detik.
proses pengisisan bak pengumpul.
sistem
untuk
waktu
adalah
mencapai
yang
mencapai semakin
kestabilan
Manik, T. N., Sari, N. dan Aina, N., Simulasi Proses Pengisian Bak ..............
47
Untuk pengontrol proporsional integral
3,985. Dengan pengontrol PI dan
derivatif (PID), kombinasi konstanta
PID, waktu yang dibutuhkan untuk
terbaiknya
=
mencapai kestabilan sistem juga
0,0001; I = 3,985 dan D = 0,0001
2656 detik yakni ketika kombinasi Ki
dengan waktu yang dibutuhkan untuk
yang diberikan adalah 3,985, dan
mencapai kestabilan sistem selama
untuk uji pengontrol PD waktu yang
2656 detik. Nilai 0,0001 ini sangat kecil,
dibutuhkan
apabila dianggap 0 atau dengan kata
kestabilan sistem adalah 2745 detik
lain
dengan kombinasi Kp = 18,7123
adalah
konstanta
pengontrol
P
proporsional
dan
untuk
pengontrol derivatif dihilangkan, waktu
dan
yang
antara 0,0001- 0,001.
dibutuhkan
untuk
mencapai
kestabilan sistem tetap sama yakni 2656 detik. semua
(Kd)
berkisar
Dari hasil simulasi kontrol PID
dapat
waktu
mencapai
untuk
dilihat
dengan I,
uji
bak pengumpul PDAM dari raw
bahwa
water intake dapat diperoleh cukup
hasil
pengontrolan,
pengontrol
D
diperoleh bahwa proses pengisian
Dari
sistem
konstanta
mencapai
kestabilan
menggunakan
pengontrol
integral (I) saja, karena dengan nilai konstanta I (Ki) = 3,985 sudah dapat
pengontrol PID adalah sama yaitu 2656
menghasilkan sistem pengisian bak
detik.
pengumpul PDAM yang baik yakni
dapat
PI
memasang
dan
Sehingga
pengontrol
dengan
disimpulkan
bahwa pada proses pengisian bak pengumpul intake
PDAM
cukup
dari
hanya
raw
water
memberikan DAFTAR PUSTAKA
pengontrol integral (I) saja. KESIMPULAN 1. Berdasarkan hasil simulasi, dengan pengontrol
pada waktu 2656 detik.
proporsional
(P)
kestabilan sistem dapat tercapai dalam waktu 2744 detik dengan konstanta P (Kp) = 18,7123. Dengan pengontrol integral (I), kestabilan sistem dapat tercapai dalam waktu 2656 detik dengan konstanta I (Ki) =
Lab. Instrumentasi Industri (INDI) Dept. Teknik Fisika – ITB. 2006. Perkenalan Labview. http://energy.tf.itb.ac.id/ftp/Members /aski%20nitip/modul%20INDI/Bab% 20 1%20-%20new.doc. Diakses tanggal 17 Maret 2009. ------ . 2006. Studi Kasus Simulasi Pengontrol PID pada Plant Single Tank. http://energy.tf.itb.ac.id/ftp/Members/ aski%20nitip/modul%20INDI/Bab%2 08%20-%20PID-Sim.doc. Diakses tanggal 17 Maret 2009.
48
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 8 No.1, Pebruari 2011 (37 – 48)
Prihatinningtyas, E. & T.B. Bardan. 2003. Sistem Pengendalian dan Sistem Manajemen Pabrik serta Kajian Kelayakan Ekonomi. http://www.chem-istry.org/index.php?sect=fokus&ext=1 4 Diakses tanggal 23 April 2008. Widyantoro, S. 2003. Pengembangan Pengontrol PI Swatala Berbasis Metoda Neuro-Fuzzy dengan Arsitektur Anfis Untuk Primary Reformer di PT. Petrokimia Gresik. Tugas Akhir. Program Sarjana Strata–1, Institut Teknologi Bandung, Bandung.
Wijaya, A.I. 2008. Sistem Pengolahan Air Minum Pada Perusahaan Daerah Air Minum Bandarmasih Kota Banjarmasin. Laporan Kerja Praktik. Program Sarjana Strata–1, Universitas Lambung Mangkurat, Banjarbaru. (Tidak Dipublikasikan).
